데드락(Deadlock)과 스레드 관리

※ 데드락(Deadlock)과 스레드 관리

데드락(Deadlock)은 멀티스레딩(Multithreading) 환경에서 발생하는 중요한 문제 중 하나로, 스레드 관리와 상호작용하는 프로그래머에게 큰 고민을 안겨줍니다. 데드락은 멀티스레드 환경에서 두 개 이상의 스레드가 서로 락(lock)을 획득하려고 대기하면서 진행이 멈추는 상황을 말합니다.

이 글에서는 데드락이란 무엇이며, 데드락을 예방하고 해결하기 위한 다양한 전략과 스레드 관리에 대해 알아보겠습니다.

1. 데드락의 개념

데드락은 네 가지 필요조건을 충족할 때 발생합니다. 이 네 가지 조건은 다음과 같습니다.

• 상호배제(Mutual Exclusion)

자원은 한 번에 한 스레드만 사용할 수 있어야 합니다.

• 점유 대기(Hold and Wait)

스레드가 최소한 하나의 자원을 보유한 상태에서 다른 자원을 얻으려고 대기합니다.

• 비선점(No Preemption)

스레드가 다른 스레드가 보유한 자원을 강제로 빼앗을 수 없어야 합니다.

• 순환 대기(Circular Wait)

스레드 A는 스레드 B가 보유한 자원을 대기하고, 스레드 B는 스레드 C가 보유한 자원을 대기하며, 스레드 C는 스레드 A가 보유한 자원을 대기합니다. 이런 순환 형태로 대기하게 되면 데드락이 발생합니다.

 

이 조건들이 충족되면 데드락이 발생할 가능성이 있습니다. 데드락은 스레드의 진행을 막고, 프로그램이 멈추게 만들어 심각한 문제를 초래할 수 있습니다.

2. 데드락의 예방과 해결

데드락을 예방하고 해결하기 위한 다양한 전략과 방법들이 있습니다.

가. 예방(Prevention)

데드락 예방은 데드락이 발생하지 않도록 조치를 취하는 방법입니다. 주요 예방 전략으로는 다음과 같은 것들이 있습니다.

• 자원 할당 그래프(Resource Allocation Graph)

자원 할당 그래프를 사용하여 데드락 가능성을 파악하고, 데드락이 발생할 경우 미리 예방하는 방법입니다.

• 자원 할당 순서(Resource Allocation Order)

자원을 얻을 때 일정한 순서를 지켜야 하도록 규칙을 정하는 방법으로, 모든 스레드가 같은 순서로 자원을 요청하게 합니다.

나. 탐지 및 복구(Detection and Recovery)

데드락을 예방할 수 없는 경우, 데드락이 발생했을 때 탐지하고 복구하는 방법을 사용합니다. 주로 사용되는 방법으로는 다음과 같습니다.

• 탐지 알고리즘(Detection Algorithms)

데드락을 탐지하기 위한 알고리즘을 사용하여 데드락이 발생했을 때 이를 감지하고, 스레드를 종료하거나 자원을 회수하는 방식으로 복구합니다.

• 스레드 종료(Thread Termination)

데드락이 발생하면 한 개 이상의 스레드를 종료하여 자원을 해제하는 방법입니다. 이는 사용자 경험에 부정적인 영향을 미칠 수 있으므로 조심스럽게 사용해야 합니다.

다. 회피(Avoidance)

데드락을 회피하는 방법은 스레드가 자원을 요청할 때 시스템이 데드락이 발생하지 않도록 요청을 수락 또는 거부하는 방법입니다. 이를 위해 다음과 같은 알고리즘들이 사용됩니다.

• 은행원 알고리즘(Banker's Algorithm)

미리 정의된 자원 할당 가능한 한도를 초과하지 않도록 스레드에 자원을 할당하는 방법으로, 데드락 회피에 사용됩니다.

3. 스레드 관리와 데드락

데드락은 주로 자원 관리와 스레드 관리에 관련된 문제입니다. 스레드 관리와 데드락 관리는 서로 연결되어 있으며, 올바른 스레드 관리는 데드락 발생 가능성을 줄이는 데 중요한 역할을 합니다.

가. 스레드 우선순위 관리

스레드 우선순위 관리는 스레드가 어떤 자원을 먼저 얻을지 결정하는 데 중요합니다. 우선순위가 높은 스레드가 자원을 우선적으로 얻을 수 있으므로, 이를 잘 조절하여 데드락 발생 가능성을 줄일 수 있습니다.

나. 자원 관리

자원 관리는 데드락 발생을 막기 위해 중요한 부분입니다. 자원을 효율적으로 할당하고 회수하는 정책을 수립하고 이를 엄격하게 시행하여 데드락을 방지할 수 있습니다.

다. 탐지 및 복구

데드락이 발생한 경우, 이를 탐지하고 복구하는 데 필요한 스레드 관리 기능도 중요합니다. 탐지 알고리즘과 스레드 종료 또는 자원 회수 메커니즘을 통해 데드락 상황을 처리할 수 있습니다.

 

데드락은 멀티스레딩 환경에서 발생하는 중요한 문제이며, 스레드 관리와 긴밀하게 연관되어 있습니다. 데드락을 예방하고 해결하기 위해서는 적절한 자원 관리와 스레드 우선순위 관리, 그리고 데드락 탐지 및 복구 기능을 효과적으로 구현해야 합니다. 이러한 접근 방식을 통해 데드락으로 인한 시스템 멈춤 현상을 최소화하고 안정성을 확보할 수 있습니다.